一种凸轮式绳轮机构动力学等效分析方法技术

一种凸轮式绳轮机构动力学等效分析方法，涉及机械仿真技术领域，解决的技术问题为“如何提供一种能够对任意形状的凸轮式绳轮机构进行动力学仿真分析的方法”，方法包括：获取凸轮式绳轮机构的设计数据；根据所述设计数据，将凸轮外轮廓等效划分为固定组件以及与所述固定组件连接的可移动组件；设置所述可移动组件的初始位置；根据可移动组件的初始位置和所述凸轮外轮廓，测量所述可移动组件的运动参数极限值；基于多体动力学仿真软件，对所述可移动组件进行仿真运动，直至所述可移动组件的运动参数达到所述极限值，所述可移动组件停止运动；该方法能够对任意形状凸轮式绳轮机构动力学等效分析，适用面更广，尤其适用于变半径非整圆凸轮。整圆凸轮。整圆凸轮。

【技术实现步骤摘要】
一种凸轮式绳轮机构动力学等效分析方法


[0001]本专利技术涉及机械仿真


技术介绍

[0002]目前，对凸轮式绳轮机构进行等效仿真时，采用现有的多体动力学仿真软件只能对完整的定半径整圆式绳
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轮机构建模。但是在机械领域中，为了实现转移机构角度的变化，需要通过设计凸轮式绳
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轮机构来实现。而当面对半径不定的非整圆式绳
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轮机构时，现有的多体动力学仿真软件无法对其进行建模以及等效分析。
[0003]具体地，现有的多体动力学仿真软件可供设置的参数大致如下：绳轮系统固定点数目以及固定点位置，涉及到滑轮的位置、属性以及直径，绳索的起始固定点、缠绕方位以及绳索缠绕顺序。对应地，多体动力学仿真软件关于绳轮机构的建模步骤包括：(1)绳轮机构中绳索固定点个数的命名、位置选取、固定目标选取：即设定绳索有几个固定点(锚点)，并对固定点进行命名，选择固定点的位置，选择固定点固定的部件，有几个固定点，就会在仿真软件界面上显示出几个数；具体地，以绳索有两个固定锚点为例，分别标注为1和2，在多体动力学仿真软件中分别选择1和2对其中的选项进行填写或右键选择位置；其中，名称是自己命名，位置和链接部件可以右键选择；(2)绳索中滑轮属性设置：创建绳索时，会在绳索上建立行走轮或者固定导向轮，该轮与绳索接触，实现绳索的导向轮在绳索上的滚动前进，需要对轮的属性进行统一设置；(3)绳索中各滑轮具体参数确定：选择绳索中有几个滑轮，每个滑轮的名称、位置、绳索从上缠绕该滑轮还是从下缠绕该滑轮以及轮的直径参数；具体地，当开发者输入几个滑轮数，就有几个数字的提示，要在滑轮参数设置界面对每个滑轮参数进行配置后，才可进入下一步；(4)确定绳索在滑轮上缠绕的先后顺序。至此，完成绳轮机构的建模，结果参见图2，图2展示了在多体动力学仿真软件中创建的完整的定半径整圆式绳
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轮机构。
[0004]从以上步骤可以看出，目前多体动力学仿真软件滑轮进行仿真时，只能输入单一的滑轮直径参数以设置固定的直径数值，且默认滑轮形状是固定的整圆，即仿真软件只能对完整的定半径整圆式绳
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轮机构建模，无法拟合其他形状的凸轮绳轮机构形状。然而，由于现实中具体应用场景下的需求，例如减重等，我们实际用到的凸轮形状大多是由半径不相等的圆弧段组成的，而不是一个理想化的完整圆滑轮，具体如图3所示。对于这种不规则形状的凸轮，现有的多体动力学软件无法直接表达出凸轮的轮廓，也无法拟合变半径凸轮的轮廓形状，因而也无法建立这种凸轮的等效仿真模型。而在实际应用中，我们需要对凸轮式绳轮机构进行等效仿真分析，以得到部件运动速度、凸轮受力情况以及绳索受力情况等数据的反馈，辅助凸轮式绳轮机构的设计与应用，这对于本领域十分重要。
[0005]因此，如何提供一种能够对任意形状的凸轮式绳轮机构进行动力学仿真分析的方法，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种凸轮式绳轮机构动力学等效分析方法，该方法采用可移动组件对凸轮外轮廓进行等效划分并限制其移动，最终得到凸轮式绳轮机构等效模型，能够对任意形状的凸轮式绳轮机构进行动力学等效分析，适用面更广。
[0007]一种凸轮式绳轮机构动力学等效分析方法，所述凸轮式绳轮机构包括绳索和凸轮，所述方法包括：
[0008]S1、获取凸轮式绳轮机构的设计数据；
[0009]S2、根据所述设计数据，将凸轮外轮廓等效划分为固定组件以及与所述固定组件连接的可移动组件；
[0010]S3、设置所述可移动组件的初始位置；
[0011]S4、根据可移动组件的初始位置和所述凸轮外轮廓，测量所述可移动组件的运动参数极限值；
[0012]S5、基于多体动力学仿真软件，对所述可移动组件进行仿真运动，直至所述可移动组件的运动参数达到所述极限值，所述可移动组件停止运动；
[0013]S6、将所述可移动组件以及所述固定组件形成的外轮廓与所述凸轮外轮廓进行比较，若轮廓不一致，则调整所述可移动组件的运动参数极限值并重复步骤S5，直至轮廓一致，得到所述凸轮式绳轮机构的动力学等效模型。
[0014]进一步地，所述固定组件包括第一定滑轮和第二定滑轮，所述可移动组件包括多个滑轮活塞机构，所述滑轮活塞机构包括动滑轮和与所述动滑轮连接的活塞杆。
[0015]进一步地，所述凸轮外轮廓包括直线段和至少一个弧线段；
[0016]对所述凸轮外轮廓进行等效划分时，将凸轮外轮廓直线段等效为固定组件，将凸轮外轮廓弧线段等效为可移动组件。
[0017]进一步地，所述凸轮式绳轮机构的设计数据包括：绳索半径、凸轮初始半径以及至少一个凸轮后半段半径，所述凸轮后半段半径与凸轮外轮廓弧线段一一对应。
[0018]进一步地，设置所述第一定滑轮的圆心位置与凸轮旋转中心位置相同，所述第一定滑轮的半径与凸轮初始半径相同，所述第一定滑轮与凸轮外轮廓直线段相切；
[0019]设置所述第二定滑轮的圆心位置与过渡圆的圆心位置相同，所述第二定滑轮的半径与过渡圆的半径相同，所述过渡圆为所述凸轮外轮廓直线段和弧线段之间过渡圆角的内切圆。
[0020]进一步地，将所述凸轮式绳轮机构中的凸轮外轮廓等效划分为可移动组件时，针对一个凸轮外轮廓弧线段的等效划分包括如下步骤：
[0021]S21、基于绳索半径，确定动滑轮直径；
[0022]S22、将凸轮外轮廓弧线段向凸轮内偏移绳索半径的长度，得到动滑轮切线；
[0023]S23、设置多个以所述动滑轮直径为直径的动滑轮，所述动滑轮之间两两相切且与所述动滑轮切线相切，直至所述动滑轮切线被所述动滑轮完整拟合，得到所述动滑轮的数目；
[0024]S24、每个所述动滑轮连接一个活塞杆，得到多个滑轮活塞机构，作为所述凸轮外轮廓弧线段的等效划分结果。
[0025]进一步地，所述动滑轮直径大于所述绳索半径的8倍。
[0026]进一步地，设置所述可移动组件的初始位置，包括：
[0027]将凸轮式绳轮机构中的绳索设置于绳索初始位置，所述绳索初始位置为绳索与凸轮外轮廓直线段贴合并拉直；
[0028]将全部凸轮外轮廓弧线段等效划分得到的滑轮活塞机构相切设置于所述绳索靠近凸轮的一侧，所述滑轮活塞机构按照等效划分时与第二定滑轮的远近排列顺序，由靠近第二定滑轮到远离第二定滑轮依次设置；
[0029]将各个所述滑轮活塞机构通过弹簧和套筒与所述第一定滑轮相连，所述动滑轮、活塞杆、弹簧、套筒与第一定滑轮依次连接。
[0030]进一步地，所述运动参数极限值包括径向移动距离极限值和摆转角度极限值；
[0031]根据所述初始位置和所述凸轮外轮廓，测量所述可移动组件的运动参数极限值时，针对一个滑轮活塞机构的运动参数极限值测量包括如下步骤：
[0032]S41、将初始位置动滑轮轮心与凸轮旋转中心相连得到第一线段；
[0033]S4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种凸轮式绳轮机构动力学等效分析方法，所述凸轮式绳轮机构包括绳索和凸轮，其特征在于，所述方法包括：S1、获取凸轮式绳轮机构的设计数据；S2、根据所述设计数据，将凸轮外轮廓等效划分为固定组件以及与所述固定组件连接的可移动组件；S3、设置所述可移动组件的初始位置；S4、根据可移动组件的初始位置和所述凸轮外轮廓，测量所述可移动组件的运动参数极限值；S5、基于多体动力学仿真软件，对所述可移动组件进行仿真运动，直至所述可移动组件的运动参数达到所述极限值，所述可移动组件停止运动；S6、将所述可移动组件以及所述固定组件形成的外轮廓与所述凸轮外轮廓进行比较，若轮廓不一致，则调整所述可移动组件的运动参数极限值并重复步骤S5，直至轮廓一致，得到所述凸轮式绳轮机构的动力学等效模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固定组件包括第一定滑轮和第二定滑轮，所述可移动组件包括多个滑轮活塞机构，所述滑轮活塞机构包括动滑轮和与所述动滑轮连接的活塞杆。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凸轮外轮廓包括直线段和至少一个弧线段；对所述凸轮外轮廓进行等效划分时，将凸轮外轮廓直线段等效为固定组件，将凸轮外轮廓弧线段等效为可移动组件。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凸轮式绳轮机构的设计数据包括：绳索半径、凸轮初始半径以及至少一个凸轮后半段半径，所述凸轮后半段半径与凸轮外轮廓弧线段一一对应。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，设置所述第一定滑轮的圆心位置与凸轮旋转中心位置相同，所述第一定滑轮的半径与凸轮初始半径相同，所述第一定滑轮与凸轮外轮廓直线段相切；设置所述第二定滑轮的圆心位置与过渡圆的圆心位置相同，所述第二定滑轮的半径与过渡圆的半径相同，所述过渡圆为所述凸轮外轮廓直线段和弧线段之间过渡圆角的内切圆。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述凸轮外轮廓等效划分为可移动组件时，针对一个凸轮外轮廓弧线段的等效划分包括如下步骤：S21、基于绳索半径，确定动滑轮直径；S22、将凸轮外轮廓弧线段向凸轮内偏移绳索半径的长度，得到动滑轮切线；S23、设置多个以所述动滑轮直径为直径的动滑轮，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晅，祝新良，徐倩，王印超，张伟伟，唐钧跃，迟关心，刘荣强，姜生元，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：